【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 20世紀(jì) 50年代初，它始終處于主導(dǎo)地位。第二次世界大戰(zhàn)后，煉油和化學(xué)工業(yè)發(fā)展迅速，泡罩塔結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高的缺點(diǎn)日益突出，而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的篩板塔重新受到重視。通過大量的實(shí)驗(yàn)研究和工業(yè)實(shí)踐，逐步掌握了篩板塔的操作規(guī)律和正確設(shè)計(jì)方法，還開發(fā)了大孔徑篩板，解決了篩孔容易堵塞的問題。因此，50年代起，篩板塔迅速發(fā)展成為工業(yè)上廣泛應(yīng)用的塔型。與此同時(shí)，還出現(xiàn)了浮閥塔，它操作容易，結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，同樣得到了廣泛應(yīng)用。而泡罩塔的應(yīng)用則日益減少，除特殊場(chǎng)合外， 已不再新建。 60年代以后 ,石油化工的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大 ,大型塔的直徑已超過 10m。為滿足設(shè)備大型化及有關(guān)分離操作所提出的各種要求，新型塔板不斷出現(xiàn)，已有數(shù)十種。 工業(yè)上對(duì)塔設(shè)備的主要要求是：（ 1）生產(chǎn)能力大；（ 2）傳熱、傳質(zhì)效率高；（ 3）氣流的摩擦阻力??；（ 4）操作穩(wěn)定，適應(yīng)性強(qiáng)，操作彈性大；（ 5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料耗用量少；（ 6）制造安裝容易，操作維修方便。此外，還要求不易堵塞、耐腐蝕等。 板式塔大致可分為兩類：（ 1）有降液管的塔板，如泡罩、浮閥、篩板、導(dǎo)向篩板、新型垂直篩板、蛇形、 S 型、多降 液管塔板；（ 2）無降液管的塔板，如穿流式篩板（柵板）、穿流式波紋板等。工業(yè)應(yīng)用較多的是有降液管的塔板，如浮閥、篩板、泡罩塔板等。 篩板是在塔板上鉆有均布的篩孔，呈正三角形排列。上升氣流經(jīng)篩孔分散、鼓泡通過 3 板上液層，形成氣液密切接觸的泡沫層（或噴射的液滴群）。 篩板塔是 1932 年提出的，當(dāng)時(shí)主要用于釀造，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方便，造價(jià)低，氣體壓降小，板上液面落差較小，相同條件下生產(chǎn)能力高于浮閥塔，塔板效率接近浮閥塔。其缺點(diǎn)是穩(wěn)定操作范圍窄，小孔徑篩板易堵塞，不適宜處理粘性大的、臟的和帶固體粒子的 料液。但設(shè)計(jì)良好的篩板塔仍具有足夠的操作彈性，對(duì)易引起堵塞的物系可采用大孔徑篩板，故近年我國(guó)對(duì)篩板的應(yīng)用日益增多，所以在本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)該種塔型。 4 第 1章 產(chǎn)品與設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 產(chǎn)品簡(jiǎn)介 產(chǎn)品性質(zhì) 產(chǎn)品性質(zhì) 【 4】 ： 有杏仁味的無色透明、易揮發(fā)液體。密度 。沸點(diǎn) ℃ 。凝固點(diǎn) 45℃ 。折射率 (25℃ )。閃點(diǎn) ℃ 。燃點(diǎn) ℃ ，折射率 ，粘度(20℃ )0． 799mPas，表面張力 103N／ m．溶解 度參數(shù) δ＝ 。溶于乙醇、乙醚、氯仿、苯等大多數(shù)有機(jī)溶劑，不溶于水。易燃，蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限 1..3％％ (vol)。溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑，不溶于水。常溫下不受空氣、潮氣及光的影響，長(zhǎng)時(shí)間沸騰則脫氯。蒸氣經(jīng)過紅熱管子脫去氫和氯化氫，生成二苯基化合物。有毒．在體內(nèi)有積累性，逐漸損害肝、腎和其他器官。對(duì)皮膚和粘膜有刺激性．對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)有麻醉性，LD502910mg／ kg，空氣中最高容許濃度 50mg／ m3。遇高溫、明火、氧化劑有燃燒爆炸的危險(xiǎn)。 質(zhì)量指標(biāo) 氯 苯純度不低于 %，塔頂產(chǎn)品苯 純度不低于 98%，原料液中 苯 38%。（以上均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 設(shè)計(jì)方案的確定和說明 裝置流程的確定 精餾裝置包括精餾塔、原料預(yù)熱器，精餾釜（再沸器）、冷凝器等設(shè)備 【 5】 。精餾過程按操作方式的不同，分為連續(xù)精餾和間接精餾兩種流程。連續(xù)精餾具有生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，工業(yè)生產(chǎn)中以連續(xù)精餾為主。精餾是通過物料在塔內(nèi)的多次部分氣化與多系部分冷凝實(shí)現(xiàn)分離的，熱量自塔釜輸入，由冷 凝器將余熱帶走。另外，為保持塔的操作穩(wěn)定性，流程中除用泵直接送入塔原料外也可采用高位槽送料，以免受泵操作波動(dòng)的影響。 塔頂冷凝裝置可采用全凝器、分凝器 —— 全凝器兩種不同的設(shè)置。工業(yè)上以采用全凝器為主，以便于準(zhǔn)確地控制回流比。塔頂分凝器對(duì)上升蒸汽有一定的增濃作用，若后繼裝置使用氣態(tài)物料，則宜用分凝器。總之，確定流程時(shí)要較全面、合理地兼顧設(shè)備、操作費(fèi)用、操作控制及安全諸因素。 5 操作壓力的選擇 精餾過程按操作壓力不同，分為常壓精餾 、減壓精餾和加壓精餾。本實(shí)驗(yàn)采用的是常壓精餾。 進(jìn)料熱狀 況的選擇 精餾操作有五種進(jìn)料熱狀況，進(jìn)料熱狀況不同，影響塔內(nèi)各層塔板的氣、液相負(fù)荷。工業(yè)上多采用接近泡點(diǎn)液體進(jìn)料和飽和液體（泡點(diǎn)）進(jìn)料，通常用釜?dú)堃侯A(yù)熱原料。若工藝要求減少釜塔的加熱量，以避免釜溫過高，料液產(chǎn)生聚合或結(jié)焦，則應(yīng)采用氣態(tài)進(jìn)料。 加熱方式的選擇 精餾大多采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。有時(shí)也可采用直接蒸汽加熱，例如精餾釜?dú)堃褐械闹饕M分是水，且在低濃度下輕組分的相對(duì)揮發(fā)度較大時(shí)宜用直接整齊加熱，其優(yōu)點(diǎn)是可以利用壓力較低的加熱蒸汽以節(jié)省操作費(fèi)用，并省掉間接加熱設(shè)備。但由于直接蒸汽的加入，對(duì) 釜內(nèi)溶液起一定稀釋作用，在進(jìn)料條件和產(chǎn)品純度、輕組分收率一定的前提下，釜液濃度相應(yīng)降低，故需要在提餾段增加塔板以達(dá)到生產(chǎn)要求。 回流比的選擇 回流比是精餾操作的重要工藝條件，其選擇的原因是使設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)用之和最低。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選定回流比，也可參考同類生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)值選定。必要時(shí)可選用若干個(gè) R 值，利用吉利蘭圖（簡(jiǎn)捷法）求出對(duì)應(yīng)理論板數(shù) N，作出 N—— R 曲線，從中找出適宜操作回流比 R，也可作出 R 對(duì)精餾操作費(fèi)用的關(guān)系線，從中確定適宜回流比 R。 塔設(shè)備的選取 精餾塔是現(xiàn)在化工廠中必不可少的 設(shè)備，因此出現(xiàn)了很多種的精餾塔。塔設(shè)備按其結(jié)構(gòu)形式基本可分為兩類：板式塔和填料塔。其中，浮閥塔是內(nèi)置一定數(shù)量的閥，浮閥可根據(jù)氣體的流量自行調(diào)節(jié)開度，可以避免漏夜降低氣速。浮閥塔保留了泡罩塔的操作彈性大的優(yōu)點(diǎn)并且浮閥塔板的生產(chǎn)能力大于泡罩塔板。因此發(fā)展很快。所以做分離苯－氯苯的課程選擇了篩板塔。 工藝流程及說明 6 原料預(yù)熱器，在原料預(yù)熱器中加熱到泡點(diǎn)溫度，然后，原料從進(jìn)料口進(jìn)入到精餾塔中。因?yàn)楸患訜岬脚蔹c(diǎn)，混合物中既有氣相混首先，苯和氯苯的原料混合物進(jìn)入原料罐，在里面停留一定的時(shí)間之后，通過泵進(jìn)入合物 ，又有液相混合物，這時(shí)候原料混合物就分開了，氣相混合物在精餾塔中上升，而液相混合物在精餾塔中下降。氣相混合物上升到塔頂上方的冷凝器中，這些氣相混合物被降溫到泡點(diǎn)，其中的液態(tài)部分進(jìn)入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中，停留一定的時(shí)間然后進(jìn)入苯的儲(chǔ)罐，而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中，這個(gè)過程就叫做回流。液相混合物就從塔底一部分進(jìn)入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一部分進(jìn)入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點(diǎn)溫度重新回到精餾塔。塔里的混合物不斷重復(fù)前面所說的過程，而進(jìn)料口不斷有新鮮原料的加入。最終，完成苯與氯苯的分離。 第 2 章 工藝計(jì)算及主 體設(shè)備設(shè)計(jì) 全塔的物料衡算 料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品含苯的摩爾分率 【 6】 苯和氯苯的相對(duì)摩爾質(zhì)量分別為 kg/km ?AM 和 k g /k m o 1 2?BM ??? 38%氯苯 原料儲(chǔ)存 原料預(yù)熱 精餾 再沸 %氯苯儲(chǔ)存 分配 冷凝 冷卻 98%苯儲(chǔ)存 冷卻 7 9 8 1 2/??? ??? 平均摩爾質(zhì)量 ? ? k g / k m o 1 27 0 0 0 ?????? ? ? k g/ k m o D ?????? ? ? k g / k m o 1 1 20 0 0 W ?????? 原料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品的摩爾流率 依題給條件： h/k m o 1 2243 0 0 105q 7W,n ??? ??則 ｛w,nD,nF,nw,nD,nF,n q0 0 8 0 qqq ???? ? h/k m o h/k m o F,n D,n ?? 塔板數(shù)的確定 理論塔板數(shù) TN 的求取 苯 氯苯物系屬于理想物系，可采用梯級(jí)圖解法（ MT 法）求取 TN ，步驟如下： .根據(jù)苯 氯苯的相平衡數(shù)據(jù)，利用泡點(diǎn)方程和露點(diǎn)方程求取 y~x 依據(jù)*B*A*B總pp ppx ???，總pxpy *A? ，將所得計(jì)算結(jié)果列表如下： 溫度，（℃） 80 90 100 110 120 130 a1i ??? 苯 760 1025 1350 1760 2250 2840 2900 氯苯 148 205 293 400 543 719 760 兩相摩爾分率 x 1 0 y 1 0 本題中，塔內(nèi)壓力接近常壓（實(shí)際上略高于常壓），而表中所給為常壓下的相平衡數(shù) 8 據(jù)，因?yàn)椴僮鲏毫ζx常壓很小，所以其對(duì) y~x 平衡關(guān)系的影響完全可以忽略。 確定操作的回流比 [7] 將 上 表中數(shù)據(jù)作圖得 y~x 曲線。在 y~x 圖上，因 1q? ，查得 ? ，而 Fq ?? ， ? 。故有： yxRqqqDm i n ??????? 考慮到精餾段操作線離平衡線較近，故取實(shí)際操作的回流比為最小回流比的 2 倍，即： 3 9 m in ???? 求精餾塔的汽、液相負(fù)荷 h/k m o )q1(qqh/k m o h/k m o )1R(qh/k m o V,nF,nV,n39。V,nF,nL,n39。L,nD,nV,nD,nL,n???????????????????? 求操作線方程 精餾段操作線： xx1R Ry D ?????? 提餾段操作線方程： 0 0 0 7 qqxqqy w39。 W,n39。39。V,n39。L,n39。 ???? 圖解法求理論板層數(shù) ?精餾段操作線過 ),0(b),(a)x,x(a DD 和即 ?q 線為 F ?? ?提餾段操作線過 即),( WW xxc c? ?, 和精餾段操作線與 q 線的交點(diǎn) d 9 圖 苯 氯苯物系精餾分離理論塔板數(shù)的圖解 圖解得 總理論板層數(shù) 19NT? （包括再沸器） 進(jìn)料板位置 7NF? 實(shí)際塔板數(shù) pN 全塔效率 TE ?選用 mT lg6 1 ??? 公式計(jì)算式中的 L? 為塔頂與塔底平均溫度下液體的平均粘度 ?操作溫度計(jì)算 由 y~xt? 曲線可讀出 塔頂溫度 ?Dt ℃ 進(jìn)料溫度 ? ℃ 塔底溫度 ?Wt ℃ 塔頂塔底平均溫度 ?t ℃ 查得此溫度下苯氯苯的飽和蒸氣壓求得此溫度下 6 1 sm P a2 6 4 9 3 0 sm P a0 . 3 4 0,sm P a2 3 TiiLBA??????????????????? 實(shí)際塔板數(shù) pN （近似取兩段效率相同） 精餾段 ??塊，取 6 塊 提餾段 ?? 塊，取 12 塊 10 總塔板數(shù) 2p1pp NNN ?? +再沸器 =6+12+1=19 塊 塔的精餾段操作工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 平均壓強(qiáng) mp 取每層塔板壓降為 塔頂操作壓力 k P 0 0 1p D ??? 加料板 k P 1 0 5p F ???? 平均壓強(qiáng) ? ? k P 0 72/ 1 0 5p m ??? 平均溫度 mt 塔頂為 ℃ ，加料板為 ℃ 精餾段平均溫度 mt =℃ 平均分子量 mM 塔頂 D1 ?? ， ? （查平衡曲線） ? ? k g / k m o m,VD ?????? ? ? k g / k m o 1 29 2 2 m,LD ?????? 加料板 ,8 9 39。F39。F ?? （查平衡曲線） ? ? k g / k m o 1 28 9 9 m,VF ?????? ? ? k g / k m o m,LF ?????? 精餾段平均摩爾質(zhì)量 ? ? k g / k m o ,V ??? k g / k m o )(M m,L ??? 平均密度 m? 汽相平均密度 m,V? ? ? 3mm,Vmm,V k g / ??? ???? 11 液相平均密度 m,L? 塔頂 由 ? ℃ 時(shí)，純苯氯苯在任何溫度下的計(jì)算 【 8】 ??? ??? 得 3A kg/?? 3B k g / ?? 3m,DB,DBA,DAm,D k g / 0 3 7 ?????????? 進(jìn)料板 由 ? ℃ 得 3A,F k g / 0 3?? 3B,F k g / 0 2 5?? 進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率 1 A ???? ?? 3m,LFB,LFBA,LFAm,LF kg / 25 ??????????? 精餾段 ? ? 3m,L k g / ???? 液體的平均表面張力 m? 塔頂：由 ? ℃ 查手冊(cè)得 m N /,LD ?? m N /,LD ?? m N / ,LD ?????? 進(jìn)料板：由 ? ℃ 查手冊(cè)得 m N /, ?ALF? m N /, ?BLF?